Bewertung und Modellierung des Verformungs- und Spannungsrelaxationsverhaltens warmfester Nickelbasislegierungen unter isothermen und transienten Beanspruchungen

Diese Arbeit liefert einen Beitrag zum verbesserten Verständnis des isothermen und vor allem transienten Verformungs- und Relaxationsverhaltens der für Hochtemperatur-Schraubenverbindungen eingesetzten Nickelbasislegierungen Nimonic 80A und Nimonic 101. Zentraler Ansatz der vorliegenden Arbeit bildet das Prinzip der Superposition relevanter Dehnungsanteile zur Berechnung der permanenten Verformung. Letztere ermöglicht zusätzlich die Modellierung der Spannungsrelaxation. Die dafür notwendige Datenbasis wurde mithilfe isothermer Warmzug-, Kriech- und Glühversuche erzeugt. In dem Zusammenhang wurden zudem die mikrostrukturellen Ursachen der Volumenkontraktion betrachtet. Kriech- und Relaxationsversuche mit transienter Temperaturführung am Nimonic 80A haben gezeigt, dass es weder zu einer Beschleunigung noch zu einer Verzögerung der Kriechdehnung bzw. der Spannungsrelaxation kommt. Im Gegensatz dazu weist der Nimonic 101 tendenziell eine Beschleunigung der Kriechverformung infolge zyklischer Temperaturwechsel auf. Der Stabilitätsbereich der mikrostrukturellen Ursachen der Volumenkontraktion wurde mit Hilfe von DSC- und TMA-Messungen eingegrenzt. Basierend auf der Datenbasis wurden anschließend die Parameter phänomenologischer Werkstoffmodelle zur Beschreibung des elastisch-plastischen, des Volumenkontraktions- und des Kriechverhaltens identifiziert. Im Zuge dessen konnte zudem eine implizite Formulierung der modifizierten Garofalo-Kriechgleichung entwickelt werden, welche eine verbesserte numerische Robustheit und Potenzial zur Verkürzung von Rechenzeiten aufweist. Anschließend wurde die Methode der Superposition der Dehnungsanteile sowie deren phänomenologische Beschreibungen erfolgreich anhand numerischer Nachrechnungen validiert.